Разделы: Информационные технологии, Методика преподавания
Размещена 05.02.2015. Последняя правка: 09.02.2015.
Просмотров - 5093

Развитие технических способностей учащихся посредством образовательной робототехники

Лукьянова Наталия Владимировна

КГБПОУ "Барнаульский государственный педагогический колледж"

преподаватель информатики

УДК 372.862

Сегодня информатика и информационные технологии стали важнейшим сектором экономики, во многом определяющим темпы научно-технического прогресса. Знания и умения ИT-специалистов оцениваются как интеллектуальный ресурс развития общества.

В связи с этим, задача подготовки высокопрофессиональных кадров, способных развивать новые информационные технологии и эффективно использовать их на практике становится стратегически важной для прогресса общества.

Однако в последнее время в компьютерной и образовательной среде все чаще поднимаются вопросы, связанные с проблемами подготовки ИТ-специалистов. Очевиден факт: программы обучения в школах, ссузах и вузах не согласованы с потребностями рынка, в то время как, по мнению аналитиков ведущих кадровых агентств, Россия вошла в число стран с устойчивым развитием ИТ-рынка.

Осознание этой проблемы способствует выработке конструктивных путей ее решения. И первый шаг в процессе создания системы отечественного ИТ-образования должен быть сделан образовательными учреждениями общего и дополнительного образования. Речь необходимо вести о введении специализированных пропедевтических курсов в области ИТ-технологий, которые ориентировали бы на выбор обучающихся наукоемких профессий, связанных с ИТ-индустрией.

Современные дети очень уверенно чувствуют себя в цифровом мире, быстро привыкают пользоваться различными технологиями, программными продуктами, гаджетами. Он не бояться, и нажимают любые кнопки на любом техническом устройстве, пока у них  есть любопытство, они готовы часам изучать новое, пробовать всё запрещённое.  Взрослые удивляются тому, что для детей совершенно естественно. Становясь старше, человек начинает лучше разбираться в жизни, меньше рисковать, или просто иссекает любопытство?

Современного ребенка с детства окружает множество технических устройств. Сегодня двух – трех летний ребенок, не умеющий ещё толком разговаривать, способен включить компьютер, выйти в Интернет и найти свой любимый мультфильм. Однако редко кто из ребят задумывается о том, кем и как были созданы или разработаны такие привычные для них вещи (те же мультфильмы, компьютерные игры!)…

И задача взрослых – разбудить в них желание творить! Идею, сформулированную Ф. Ницше «Только для созидания должны вы учиться!», необходимо донести до каждого сидящего за школьной партой. Вот смысл учения, вот та благородная миссия, к которой должен быть готов обучающийся, – вырасти и изменить мир, сделать его лучше.

При этом нужно создать условия, в которых бы обучающиеся (дети, подростки, молодежь) смогли реализовать свои потенциальные возможности, и проявить свои технические способности. А эти условия на уроке или дополнительном занятии создает педагог. Именно учитель должен заинтересовать ученика свои материалом, привлечь методикой преподавания, рассказать, что кроме компьютерных игр и просмотра фильмов в сети Интернет есть более интересные дела по-силам  каждому. А потому современный учитель, и тем более учитель информатики, постоянно занимается поиском и созданием нормативных и методических материалов обучения, организовывает и проводит занятия по-новому, добивается достижения высоких образовательных, научно-методических и воспитательных  результатов. Учитель вовлекает обучающихся в систему научно-технического творчества, развивает технические способности учащихся.

Технические способности состоят из психомоторных, перцептивных, пространственных способностей, а также отдельно выделяют осведомленность в области механики и умении рассуждать на этом материале. Учащиеся, обладающие такими способностями, быстро и ловко манипулируют мелкими деталями, осведомлены в области механики, понимают механические закономерности. Говоря о технических способностях, важно учитывать такие переменные, как возраст, пол, прошлый опыт, и др. В тестах на мануальную ловкость и перцептивное различение девушки обычно превосходят юношей. В абстрактных пространственных тестах обычно выявляют небольшие, но значимые средние различия в пользу девушек, а в тестах на механическое рассуждение и осведомленность в области механики юноши демонстрируют уже заметное преимущество.

Развитие технических способностей учеников представляет собой очень сложный процесс, который протекает обычно довольно медленно. Его успех напрямую зависит от общего интеллекта, практических навыков, способностей учащегося к техническому мышлению и целого ряда других факторов. Следует отметить, что развитые технические способности необходимы всем учащимся, в том числе и тем, которые не собираются связывать свою профессиональную деятельность с техникой и технологиями, поскольку наличие данных способностей позволяет решать таким учащимся задачи, возникающие при использовании современной техники в повседневной жизни. Дети же, имеющие ярко выраженные технические наклонности, требуют дифференцированных учебных программ и индивидуальной поддержки, что выходит за рамки обычного школьного обучения.

Со школьной скамьи в рамках учебных предметов: «технология», «математика», «физика», «информатика», «черчение» учащиеся развивают свои психомоторные, перцептивные и пространственные способности. А для развития механических способностей в обучении требуется курс робототехники, который обещают со следующего учебного года интегрировать в текущий курс «технология» средних школ для 5-9 классов, а пока он функционирует в форме дополнительных образовательных услуг – кружков и клубов.

В настоящее время в образовании применяют различные робототехнические комплексы, например, Mechatronics fischertechnik, Arduino, Амперка и другие. Наибольшего распространения в Алтайском крае приобрели роботехнические комплексы фирмы LEGO. По новым Федеральным государственным стандартам  в начальную школу произведена поставка перворобота LEGO WeDo. Многие школы самостоятельно приобретают конструкторы   LEGO WeDo и  LEGO MINDSTORMS. Ежегодно увеличивается количество учителей, и, следовательно школьных команд учащихся, увлекающихся робототехникой. Это мы можем наблюдать на сайте «Образовательная робототехника в Алтайском крае», на олимпиадах по робототехнике,   организуемых в Алтайском крае  с 2011 года. Ожидаем поставки LEGO MINDSTORMS или LEGO EV3 в среднее звено, которые активно используются инициативными педагогами - «робототехниками» во внеурочное время.

А пока поставки нет, развивать технические способности обучаемых без использования дорогостоящего оборудования можно виртуально - с использованием нового современного бесплатного программного обеспечения, которое любой педагог может найти, скачать и освоить с помощью сети Интернет.

Для обучения конструированию представляет интерес свободно распространяемое программное обеспечение LEGO Digital Designer - программа для создания различных 3D-объектов на основе виртуальных деталей конструктора LEGO от самих разработчиков этого популярного конструктора. В этом Лего, как и в настоящем конструкторе, можно использовать огромное разнообразие существующих на данный момент LEGO-элементов.

 Последняя версия программы LEGO Digital Designer 4.0.20 включает порядка 760 типов элементов.

Выбранной деталей можно присвоить любой цвет. Как и в обычных 3D-редакторах, рабочую область программы можно приближать и удалять, разворачивать под любым углом, свободно перемещаться по ней. Задний фон можно добавить или поменять в режиме просмотра готовой виртуальной модели LEGO. Интерфейс программы очень прост и удобен, хоть и англоязычен, поэтому даже самому маленькому ребенку будет несложно разобраться с Виртуальным конструктором Лего. 

Программа поддерживает три режима работы: построения модели, просмотра готовой модели и режим создания инструкции к готовой модели.

Для обучения юных робототехников виртуальному программированию хотелось бы остановиться на российской среде обучения основам программирования и кибернетики QReal:Robots. Среда QReal:Robots является разработкой кафедры системного программирования СПбГУ: данную разработку ведут студенты, аспиранты и преподаватели.

Во-первых, данная среда среда позволяет создавать графические программы для роботов Lego Mindstorms NXT 2.0 и исполнять эти программы прямо на компьютере, посылая команды роботу через Bluetooth или USB-интерфейс, а также генерировать по диаграммам код на языке Си и проверять его в исполнении робота.

Во-вторых, среда QReal:Robots имеет диалоговое окно 2D модели робота, где наглядно можно увидеть результаты выполнения работы он-лайн. Режим работы с двухмерной моделью полезен для отладки программ, а также в случае отсутствия реального робота – исполнителя.. В этом режиме программы могут также выполняются по шагам и исполняются для виртуальной модели робота, отображающейся на экране. Осуществляется моделирование трехколесной тележки. Для программиста предусмотрена возможность расставлять препятствия в виде стен, рисовать траекторию движения для робота с перекрестками, пунктирами и инверсией. При этом симулируется работа всех основных датчиков: освещенности и цвета, датчика касания и ультразвукового датчика расстояния.

В-третьих, что немаловажно, данная среда программирования является бесплатной, русифицированной, кроссплатформенной и  свободно распространяемой как для индивидуального, так и для массового использования в образовательных и других учреждениях. Разработчики QReal:Robots активно поддерживают связь с пользователями данной среды, помогают решать различные проблемы, начиная от установки среды программирования и прошивки робота на основе  Lego Mindstorms NXT 2.0.

Заинтересовать программированием обучающихся старших классов можно с помощью создания приложений на языке C# , а учеников 1-9 классов с помощью Kodu. Kodu Game Lab. – это интерактивная среда создания трехмерных игр, с помощью визуального программирования, в котором вообще не надо писать текст. Для разработки игры необходимо создать игровой мир, в котором будут жить внедрённые персонажи, и взаимодействовать по установленным правилам (а также с учётом законов физики).

При начальном запуске игры можно загрузить множество существующих миров, или же создать свой. Внутри мира живут объекты – яблоки, деревья, пушки, снаряды и т.д. Объекты уже наделены некоторым поведением и можно добавлять им действия – например, при нажатии на пробел можно попросить пушку “выстрелить” снарядом, а при нажатии на стрелки – повернуться.

У среды Kodu есть некоторые особенности: она устанавливается только под Windows, размер дистрибутива около 200 Мб, требуются DirectX и .NET Framework, сначала скачивается англоязычная версия, но после установки автоматически русифицируется; файлы имеют расширение *.kodu. Нельзя создать *ехе файл.

С помощью данных и других программ, установленных на компьютере, педагог может создать условия для развития технических способностей и творчества обучающиеся в процессе виртуального конструирования и программирования.

Ввод образовательной программы «Робототехника» в школах изменит картину восприятия учащимися технических дисциплин. Применение на практике теоретических знаний, ведет к более глубокому пониманию основ, закрепляет полученные умения и навыки, формируя образование в его наилучшем смысле.

Виртуальное программирование на компьютере конечно во многом уступает программированию реального автономного устройства, действующего в окружающей среде, так же, как компьютерные игры уступают настоящим играм. Однако так можно обеспечить доступность обучения робототехнике.

Учебники и пособия по информатике и информационным технологиям очень быстро устаревают, даже ещё до того, как завершается процесс их издания. А сегодняшним школьникам предстоит работать по профессиям, которых пока нет; использовать технологии, которые ещё не созданы; решать задачи, о которых мы можем только догадываться. Вся надежда на педагогов, занимающихся самообразованием и совершенствующим процесс преподавания с помощью поиска новых условий в новом информационном и изменяющимся мире. Только такие учителя посредством образовательной робототехники способны развивать технические способности своих учеников. 

 

1. Kodu Game Lab [Электронный ресурс] http://www.kodugamelab.com/ 2. Абакумова И.В., Бабиянц К.А. «Диагностика технической одаренности» Учебно-методическое пособие для преподавателей и специалистов, работающих в системе взаимодействия учреждений высшего и общего образования, направленного на подготовку одаренных подростков и лиц юношеского возраста. Модуль III. [Электронный ресурс] http://talant-portal.sfedu.ru/sites/default/files/diagnostika_tehnicheskoy_odarennosti_abakumova_babiyanc.pdf 3. Асмолов А.Г., Семенов А.Л., Уваров А.Ю. Российская школа и новые информационные технологии: взгляд в следующее тысячелетие.- М.: Изд-во «НексПринт», 2010.- 84 с. 4. Видеоуроки по QReal: Robots [Электронный ресурс] http://rostovrobot.ru/?q=node/87 5. Горбунова А. О. Развитие технических способностей у учащихся при изучении раздела «электродинамика» в 10 классе. [Электронный ресурс] ttp://www.scienceforum.ru/2013/pdf/4963.pdf 6. Инструкция по использованию LEGO Digital Designer[Электронный ресурс] http://www.doublebrick.ru/node/3827 7. Создаем 3D игры вместе с KODU GAME LAB [Электронный ресурс] http://www.microsoftvirtualacademy.com/training-courses/games-creating-with-kodu-game-lab-rus 8. Филлипов С.А. Основы робототехники на базе конструктора LEGO MINDSTORMS NXT\\ компьютерные инструменты в школе. № 1, 2010 г. С. 39-46

Рецензии:

5.02.2015, 21:18 Клинков Георгий Тодоров
Рецензия: Рекомендуется к публикации.Основания: 1.Убедительный контекстуальнЙ стиль. 2.Мотивировка проблематики дидактической по характере Робототехники. 3.Пропедевческая страна применения роботехнических образовательных технологии убедительно верифицирована при помощи симулационной Роботехнической среды.

8.02.2015, 10:16 Пустовалова Наталья Ивановна
Рецензия: Статья не является научной, а больше ознакомительной. В её содержании присутствует материал, описанный в источниках из библиографического списка. Автору статьи желательно более подробно раскрыть содержание программы «Робототехника», указать, кто её автор, описать, как её использовать на уроках информатики и при изучении каких тем, каковы результаты проверки влияния её использования на развитие технических способностей учащихся (класс)? Статья может быть размещена после доработки..

8.02.2015, 18:00 Сычикова Яна Александровна
Рецензия: РЕЦЕНЗИЯ на статью преподавателя КГБПОУ «Барнаульский государственный педагогический колледж» Лукьяновой Наталии Владимировны «Развитие технических способностей учащихся посредством образовательной робототехники» Статья Лукьяновой Наталии Владимировны «Развитие технических способностей учащихся посредством образовательной робототехники» посвящена вопросу подготовки ИТ-специалистов. Задача подготовки высокопрофессиональных кадров, способных развивать новые информационные технологии и эффективно использовать их на практике является стратегически важной для прогресса общества, поэтому тема статьи является актуальной. В статье представлены результаты аналитического исследования автора. Автор анализирует и сравнивает виртуальные компьютерные программы, рассматривает возможность их использования в процессе обучения для формирования ИТ-компетентности. Список библиографии содержит 4 источника, состоит из электронных источников. Необходимо расширить библиографию и дополнить ее работами ученых-специалистов в рассматриваемой области. Выводы не соответствуют названию статьи, их необходимо уточнить. Исследование автора соответствует последним достижениям науки. Статья написана научным языком, доказательна, приведенная аргументация и эмпирические данные не вызывают сомнений. В ней четко обозначен личный вклад автора в решение заявленной научной проблемы. Статья рекомендуется к публикации в журнале «SCI-ARTICLE.RU» после незначительной доработки. Рецензент: кандидат физико-математических наук, доцент кафедры методики преподавания физико-математических дисциплин и информационных технологий в обучении Бердянского государственного педагогического университета Сычикова Я. А. 8.02.2015.

9.02.2015, 11:08 Александрова Елена Геннадьевна
Рецензия: Тема статьи, безусловно, интересна и актуальна. Однако работа носит скорее информационный характер, нежели научный. Автору необходимо обратить внимание и на опечатки.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий